KR20010061643A

KR20010061643A - 다파장 광원과 칼라씨씨디 카메라를 이용한 강판의 표면흠검출장치

Info

Publication number: KR20010061643A
Application number: KR1019990064141A
Authority: KR
Inventors: 이종학; 백기동; 조광제
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2001-07-07
Also published as: KR100345724B1

Abstract

본 발명은 고속으로 주행하는 강판의 표면영상을 선명하게 회득하도록 조명장치의 노출시간을 아주 짧게하고, 조사되는 파장대역이 다른 2개이상의 광원을 사용함과 동시에 컬러면적형 CCD카메라를 사용하여, 각 조명의 특정파장에 특정신호를 얻음으로서 강판의 표면결함검출 및 깊이정보 추출이 가능한 다파장 광원과 칼라씨씨디 카메라를 이용한 강판의 표면흠 검출장치를 제공하기 위한 것으로서, 고속으로 주행하는 강판의 표면에 10㎲이하의 노출시간으로 청색대역(440nm), 녹색대역(550nm), 적색대역(700nm)의 LED조명과, 상기 조명이 강판으로부터 반사되는 빛이 입력되어 영상을 획득하는 면적칼라CCD카메라와, 상기 면적칼라CCD카메라에서 획득한 영상을 신호처리하여 분석하는 영상처리부로 구성되는 것이다.

Description

다파장 광원과 칼라씨씨디 카메라를 이용한 강판의 표면흠 검출장치{APPARATUS FOR DETECTING SURFACE DEFECT OF STRIP USING MULTI WAVELENGTH LIGHT SOURCE AND COLOR CCD CAMERA}

본 발명은 제철소 내에서 고속으로 주행하는 강판제품의 표면결함을 용이하게 검출할 수 있는 다파장 광원과 칼라씨씨디 카메라를 이용한 강판의 표면흠 검출장치에 관한 것이다.

일반적으로, 제철소내에서 가공/생산되는 강판은 각 공정간을 고속으로 이동하면서 처리된다. 그렇기 때문에, 고속으로 주행하는 강판의 표면을 검출하기 위한 방법으로서, 조업자가 직접 주행하는 강판의 표면을 관찰하는 방법과, 레이저광원을 강판표면에 주사하고 레이저수광부로 이를 받아들여 일정한 신호처리를 통해 표면결함을 검출하는 방법과, 가시광선 영역의 조명을 강판 표면에 주사하고 라인스캔 카메라로 이를 받아들여 표면결함을 검출하는 방법등이 있다.

근래, 강판의 표면품질에 대한 요구가 엄격해짐과 동시에 제조라인의 고속화가 동시에 진행되고 있다.

따라서, 종래의 조업자 관찰에 의한 결함검출방법은 조업자가 항상 강판의 표면을 관찰하고 있어야하기 때문에, 정확한 검출이 어려울 뿐만 아니라 인력낭비가 심하다. 또한, 조업자들 사이에서 일관된 검출기준이 존재하기 어렵기 때문에, 객관적인검출이 어렵고, 강판의 주행속도가 빨라지게 되는 경우에는 결함검출 자체가 불가능한 문제점이 있다.

또한, 레이저와 같은 조명장치를 이용한 자동으로 강판표면의 결함을 검출하는 방법은 사용되는 장치에 따라서 혹은 방법에 다라서 실제적으로 여러가지 방법이 존재할 수 는데, 예를 들어, 일본국 특개평 6-3088051호 및 9-61373호에는 이러한 방버이 개시되어 있다.

도 5는 상기 일본국 특개평 6-308051호에 개시도니 표면검출장치를 도시한 것으로서, 31은 레이저발진기이고, 32는 로터리미러이고, 33은 로터리미러로부터의 반사광을 강판(S)에 조사하는 반사미러로서, 상기 강판(S)의 상면에는 정반사되는 레이저빔을 수광하는 제1수광부(34)와 난반사되는 레이저빔을 수광하는 제2수광부(35)가 설치된다.

이러한 구성으로 이루어진 강판의 결함검출장치는, 강판(S)의 라인방향과 폭방향 반사신호로부터 일부를 추출하고, 이 추출된 부분에서 정반사 고주파대역, 정반사 저주파대역, 난반사 고주파대역 및 난반사 저주파대역의 각 결함신호를 얻고, 상기 4종류의 결함신호에 정부(正負:±)가 더해진 8종류의 신호의 대소를 비교하고, 이 8종류의 신호에 있어서, 각 화소당 최대신호값과 최대신호레벨로 되는 채널로부터 강판의 표면결함을 검출한다.

그리고, 일본국 특개평 9-613173호에 기재된 결함검출방법은, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 도 5와 같은 결함검출장치에 있어서, 우선 첫번째의 1차원 수광신호(601)에 대하여 그 평균강도를 산출하고(604), 이 값을 설정된 소정의 문턱값(Th1)과 비교하여(607), 문턱값보다 큰 경우에는 강판의 전체에 걸쳐 결함이 검출되었음을 출력장치로 전송하고(610), 반대로, 문턱값(Th1)보다 작은 경우에는 상기 평균강도값을 기초로 하여 1차원수광신호를 강도변환하여 연결처리수단으로 전송한다(613). 이어서, 그 다음의 1차원 수광신호에 대하여 동일한 처리를 실시한다.

여기에서 말하는 강도변화라는 것은 각 1차원 수광신호의 평균강도가 일정값으로 변화되는 것을 의미한다. 이러한 수순이 각 1차 수광신호에 대하여 차례로 실행된다. 이러한 과정에서 강판표면의 전체적인 결함이 각 1차 수광신호의 강도변화를 수행하기 전에 평균강도의 크기를 평가하는 것에 의해서 검출된다.

한편, 연결처리수단(613)은 강도변화된 1차원 수광신호를 순차버퍼에 저장시켜 2차원적 수광신호를 형성한 후, 문턱값과 비교처리를 실행한다(614). 이 2차원 수광신호가 상기 문턱값보다 클 경우, 국소적인 표면결함을 검출했음을 출력장치에 전송한다(616). 반대로 문턱값보다 크지 않다면, 이는 표면결함이 존재하지 않음을 의미하므로, 이를 출력장치에 전송한다(615).

그러나, 상기와 같이 레이저를 이용하여 강판의 표면을 관찰하는 것은 요철성 표면결함을 잘 검출되지만 착색성 결함은 잘 검출되지 않는다는 문제점이 있으며, 1000MPM 이상의 고속으로 주행하는 고속라인에서는 적용하기 어렵다는 문제점이 있다.

이러한 문제들을 해결하고자, 면적형 CCD카메라를 이용하여, 정반사각도와 난반사각도에 각각 조명과 카메라를 설치하는, 2개의 조명과 2개의 각도에 각각 설치하여 표면결함을 검출하는 방법이 있으나, 이때 2개의 조명은 서로의 광간섭을 배제시키기 위하여 서로 다른 대역의 파장을 사용하거나, 공간적으로 분리되어 사용되어지고, 이때 2개의 카메라가 획득한 강판의 표면영상은 서로 다른 면적을 취득하기 때문에 정확한 위치정보 결함이 어렵다는 단점이 있다. 또한, 요철성 결함의 깊이 인식을 위하여 2종류의 서로 다른 영상을 정확하게 정합시켜야 할 필요가 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 그 목적은 고속으로 주행하는 강판의 표면영상을 선명하게 회득하도록 조명장치의 노출시간을 아주 짧게하고, 조사되는 파장대역이 다른 2개이상의 광원을 사용함과 동시에 컬러면적형 CCD카메라를 사용하여, 각 조명의 특정파장에 특정신호를 얻음으로서 강판의 표면결함검출 및 깊이정보 추출이 가능한 다파장 광원과 칼라씨씨디 카메라를 이용한 강판의 표면흠 검출장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 강판의 표면흠 검출장치를 도시한 개략도이다.

도 2는 본 발명에 따른 강판의 표면흠 검출장치에서 조명장치 및 카메라의 설치구조를 보이는 블럭도이다.

도 3은 발광다이오드로 구성된 면적형 발광원을 도시한 정면도이다.

도 4는 카메라 및 조명노출시간과의 관계를 보이는 타이밍도이다.

도 5는 종래의 표면결함장치를 도시한 구성도이다.

도 6은 다른 종래의 표면결함 검출방법을 도시한 순서도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 강판 2 : 롤

3 : 신호처리용 컴퓨터 9 : 적색파장대의 LED조명

10 : 청색파장대의 LED조명 11 : 면적형 칼라 CCD카메라

20 : 면적형 발광원 T1 : 카메라 노출시간

T2 : 조명노출시간

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본발명에 따른 다파장 광원과 칼라씨씨디 카메라를 이용한 강판의 표면흠 검출장치는 고속으로 주행하는 강판의 표면에 10㎲이하의 노출시간으로 청색대역(440nm), 녹색대역(550nm), 적색대역(700nm)의 LED조명과, 상기 조명이 강판으로부터 반사되는 빛이 입력되어 영상을 획득하는 면적칼라CCD카메라와, 상기 면적칼라CCD카메라에서 획득한 영상을 신호처리하여 분석하는 영상처리부로 구성된다.

또한 상기 면적칼라CCD카메라는 렌즈를 통하여 들어오는 입사광을 3원색인 적색, 녹색, 청색으로 분해하는 3색의 컬러필터와, 이에 대응하는 세개의 포토다이오드로 구성된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 다파장 광원과 칼라씨씨디 카메라를 이용한 강판의 표면흠 검출장치 및 그 방법을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 강판의 표면결함 검출장치를 도시한 개략구성도로서, 이 장치는 강판(1)의 표면에 직진성 빛을 발산하는 적색대역LED조명(이하, 적색조명이라 한다)(9) 및 분산된 형태의 빛을 발산하는 청색대역LED조명(이하, 청색조명이라 한다)(10)과, 상기 조명(9,10)으로부터 출력되고 강판(1)에서 반사된 빛이 입력되어 강판의 표면영상을 획득하는 면적칼라CCD카메라(11)와, 상기 카메라(11)와 연결되어 획득된 영상을 분석/해석하여 강판의 표면결함여부를 판단하는 신호처리컴퓨터(3)로 구성된다.

그리고, 도 2에 도시한 바와 같이, 다수의 적색발광다이오드로 구성된 적색조명(9)은 직진성이 강한 형태의 빛을 강판(1)에 조사하고, 이에 강판(1)으로부터 반사된 빛은 카메라(11)에 입력된다. 또한, 청색조명(10)은 분산된 형태의 빛을 강판(1)에 조사하고, 이에 강판(1)으로부터 반사된 빛이 카메라(11)에 입력된다. 상기 카메라(11)의 위치는 청색조명(10)으로부터 조사되어 강판(1)에 반사된 빛이 입사되는 입사각과 동일한 각도, 즉 정반사 각도에 위치된다.

상기와 같이, 청색조명(10)과 카메라(11)의 각도를 정반사 각도로 한 이유는 정반사각도에서 강판(1)의 표면에 발생하는 결함, 특히 착색성 결함을 용이하게 검출할 수 있기 때문이다. 착색성 결함이란 일반적으로 강판의 표면에 요철은 없지만 색깔에 의한 결함을 일컫는 것으로서, 조명의 정반사 위치에서 가장 잘 검출된다.

또한, 카메라(11)의 위치에서 난반사각도에 직전성이 강한 빛을 조사하는 적색조명(9)를 설치하였는데, 이는 강판(1)의 표면에 발생하는 결합, 특히 요철성 겨람을 검출하기 위한 것이다. 상기에서, 요철성 결함이라함은 강판의 표면의 요철이 발생하여 깊이를 가지는 홈을 일컫는 것으로서 조명의 난반사 위치에서 가장 잘 검출된다.

도 3은 본 발명에 따른 발광다이오드로 구성된 상기 적색조명(9)과 청색조명(10)의 구조를 보이는 정면도로서, 직진성 빛을 내는 발광다이오드(Light Emitted Diode)들 도 3에 도시한 바와 같이 배치하고, 각 발광다이오드들이 동시에 발광하도록 구성하여 상기 적색조명(9)을 구현한다. 그리고, 상기 적색조명(9)에 빛을 확산시키도록 광확산필터를 부착하여 청색조명(10)를 구현한다. 상기에서, 발광다이오드는 발산하는 파장에 따라 여러가지가 있으며, 본 발명에서는 그 중에서 직진성조명으로서 적색광 다이오드를 이용하고, 확산광조명을 위해서는 청색광다이오드를 사용하였으나, 꼭 이에 한정되는 것은 아니다.

도 4는 본 발명의 실시에서 사용한 카메라(11)의 노출시간(T1)과, 상기 조명(9,10)의 발광시간(T2)을 나타낸 관계도로서, 도시된 바와 같이, 카메라(11)는 약 64㎲의 노출시간을 갖고 있으며, 상기 적색,청색조명(9,10)의 노출시간은 상기 카메라(11)의 노출구간내에서 약 10㎲이하로 설정되어 있다. 따라서, 1000MPM이상의 고속에서도 선명한 영상을 얻을 수 있으며, 결국 강판(1) 표면의 일정한 일정한 면적을 동시에 획득함으로서, 진동하는 강판 표면으로부터 선명한 영상을 얻을 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성된 강판의 표면결함을 검출하는 과정을 설명한다.

도 1에서, 롤(2)사이를 약 1000mpm이상의 고속으로 주행하고 있는 강판(1)에적색,청색조명(9,10)를 통해 약 45도의 각도로 약 10㎲ 이하의 노출시간을 갖는 빛을 조사하면, 상시 빛이 강판(1)에 반사되어 카메라(11)에 입력된다. 이때, 카메라(11)는 상기 입력된 빛에 의해 강판(1) 표면의 영상을 획득하는데, 상기 카메라(11)가 면적형 칼라CCD카메라이기 때문에 강판의 일정한 면적에 대한 영상을 획득하게 되고, 서로 다른 파장의 조명을 정반사각과 난반사각에서 동일한 위치의 영상을 획득한다. 또한, 상기 카메라(11)의 노출시간은 약 64㎲로 설정되어 있고, 상기 적색, 청색조명(9,10)의 노출시간이 약 10㎲이하의 짧은 시간으로 설정되어 있기 때문에, 카메라(11)에 입력되는 영상은 상대적으로 매우 짧은 시간안에만 노출되는 결과가 된다. 따라서, 카메라(11)는 선명한 영상을 얻을 수 있게 된다.

상기 카메라(11)에서 획득된 영상은 신호처리용 컴퓨터(3)로 입력되어, 소정 신호처리되고, 분석되어 강판(1)의 표면 결함이 검출된다. 상기 신호처리용 컴퓨터(3)에서 신호를 처리하고 영상을 분석하는 것을 일반적으로 알려진 방법에 의해서 실시되며, 이러한 방법으로는 여러가지 방법이 있으며, 본 발명에서 영상처리방법에 대해 특별히 한정하는 것으로, 일반적으로 여상신호를 처리하고 분석하는 어떠한 상용프로그램이든 사용할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 조명장치의 노출시간 및 카메라의 노출시간을 아주 짧게 하여 1000mpm이상의 고속으로 주행하는 강판의 표면에 대한 영상을 선명하게 획득할 수 있고, 직선광 조명와 확산광 조명을 이용하여 1대의 카메라로 2가지 각도에서의 결함영상을 취득할 수 있도록 하여, 종래에 비하여 카메라에 대한신호처리를 단순화 시킬 수 있으며, 획득된 영상의 정확한 위치정압이 가능하게 됨으로서, 보다 신속하고 정확한 표면결함 검출이 가능하다는 우수한 효과가 있는 것이다.

Claims

주행하는 강판의 표면에 10㎲이하의 노출시간으로 빛을 조사하는 조명부와,

상기 강판에 반사되는 빛을 입력받아 강판의 표면영상을 획득하는 카메라와,

상기 카메라에서 획득된 영상을 소정 신호처리하여 표면결함을 분석하는 영상처리수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다파장 광원과 칼라씨씨디 카메라를 이용한 강판의 표면흠 검출장치.
제1항에 있어서, 상기 조명부는 직진성 형태의 빛을 조사하는 제1조명수단과, 분사되는 형태의 빛을 조사하는 제2조명수단으로 이루어지고,

상기 카메라는 상기 제1조명수단로부터 조사되어 강판에서 난반사되는 빛과 제2조명수단에 의해서 조사되어 강판에서 정반사된 빛이 동시에 입력되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 다파장 광원과 칼라씨씨디 카메라를 이용한 강판의 표면흠 검출장치.
제7항에 있어서, 상기 제1조명수단은 입사각과 반사각이 20도이고, 제2조명수단은 입사각과 반사각이 45도가 되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 다파장 광원과 칼라씨씨디 카메라를 이용한 강판의 표면흠 검출장치.
제1항에 있어서, 상기 카메라는 면적형 칼라 씨씨디(CCD) 카메라 인것을 특징으로 하는 다파장 광원과 칼라씨씨디 카메라를 이용한 강판의 표면흠 검출장치.